陳迎鋒，林曉玲，楊永新

（1.清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院，北京 100084；2.92609部隊(duì)，北京 100077）

應(yīng)急計(jì)劃區(qū)是指為在核事故時(shí)能及時(shí)、有效地采取保護(hù)公眾的防護(hù)行動(dòng)，事先在核設(shè)施的周圍建立的制定有應(yīng)急計(jì)劃并做好應(yīng)急準(zhǔn)備的區(qū)域［1］。根據(jù)照射的途徑不同，應(yīng)急計(jì)劃區(qū)可分為煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)和食入應(yīng)急計(jì)劃區(qū)。煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)是以煙羽照射途徑的受照劑量為基礎(chǔ)建立的，通常分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，在內(nèi)區(qū)需做好撤離、服用穩(wěn)定碘片等應(yīng)急準(zhǔn)備；在外區(qū)需做好隱蔽和服用碘片的準(zhǔn)備。食入應(yīng)急計(jì)劃區(qū)是以食入照射途徑的受照劑量為基礎(chǔ)建立的。在食入應(yīng)急計(jì)劃區(qū)需做好食品、水等相關(guān)方面的應(yīng)急準(zhǔn)備。應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的建立目的是預(yù)先劃分出最可能需要采取公眾防護(hù)措施的區(qū)域，在其中做好應(yīng)急準(zhǔn)備，以便在實(shí)際核事故發(fā)生時(shí)，能迅速、及時(shí)有效地采取干預(yù)行動(dòng)，最大限度地保護(hù)公眾健康安全，降低事故對(duì)環(huán)境和公眾造成的危害。

不同國(guó)家和地區(qū)在針對(duì)不同核設(shè)施應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分的區(qū)域各不相同，但其確定的方法卻是類似的，通常分3個(gè)步驟來(lái)執(zhí)行：確定劃分應(yīng)急計(jì)劃區(qū)需考慮事故類型及釋放源項(xiàng)；預(yù)估事故早期通過(guò)煙羽照射途徑對(duì)公眾所造成的個(gè)人預(yù)期劑量以及采取必要的防護(hù)措施后的可防止劑量、預(yù)估可能污染的食品和飲用水污染水平；根據(jù)劑量以及污染水平的估算結(jié)果與規(guī)定的通用優(yōu)化干預(yù)水平或行動(dòng)水平相比較，確定應(yīng)急計(jì)劃區(qū)范圍［2］。劃分應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的方法與核事故放射性源項(xiàng)的估算方法相對(duì)應(yīng)，包括確定論方法和概率論方法。確定論方法以選定事故類型為前提，概率論方法以事故發(fā)生的概率來(lái)計(jì)算事故序列發(fā)生某種劑量水平的概率來(lái)確定。本文采用確定論方法對(duì)某200 MW 壓水堆發(fā)生嚴(yán)重事故——中破口初因?qū)е露研救刍鹿实妮椛浜蠊M(jìn)行計(jì)算，并據(jù)此與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的干預(yù)水平進(jìn)行比較，初步確定該壓水堆應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的范圍。

1 輻射后果估算模式及參數(shù)

1.1 源項(xiàng)

源項(xiàng)是指發(fā)生核事故時(shí)，反應(yīng)堆向外環(huán)境釋放的放射性，包括釋放的成分和活度等［3-4］。在充分考慮該反應(yīng)堆的運(yùn)行史、堆型以及壓水堆嚴(yán)重事故現(xiàn)狀后，本文選用中破口初因?qū)е露研救刍鹿首鳛閼?yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分的源項(xiàng)。采用ORIGEN 2 程序計(jì)算放射性核素堆芯積存量［3］，據(jù)此估算的反應(yīng)堆發(fā)生中破口初因事件導(dǎo)致的堆芯熔化事故情況下，向環(huán)境釋放的主要放射性核素及其活度列于表1。

1.2 大氣彌散因子

采用PAVAN 程序?qū)Υ髿鈴浬⒁蜃舆M(jìn)行估算。PAVAN 程序是由美國(guó)太平洋西北實(shí)驗(yàn)室為美國(guó)核管委員會(huì)開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序，該程序利用風(fēng)向、風(fēng)速和大氣穩(wěn)定度聯(lián)合頻率資料，給出各方位禁區(qū)邊界和低人口區(qū)外邊界在各時(shí)間段的相對(duì)空氣濃度，用戶可選定地面釋放或獨(dú)立煙囪高架釋放模式。程序中考慮了建筑物尾流的附加彌散、低風(fēng)速條件下的煙羽搬動(dòng)，以及考慮非直線煙羽軌跡的修正等［4-5］。估算的大氣彌散因子包括了以事發(fā)廠址為中心，周圍16個(gè)方位的若干不同距離段。計(jì)算過(guò)程中，采用改進(jìn)的外包絡(luò)線算法對(duì)獲取的風(fēng)向、風(fēng)速、穩(wěn)定度的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，擬合后獲取的曲線是相對(duì)保守的曲線。

表1 向環(huán)境釋放的主要放射性核素及其活度Table 1 Main radionuclides and their activities released to environment

1.3 個(gè)人有效劑量

反應(yīng)堆發(fā)生核事故時(shí)，事故早期對(duì)周圍公眾產(chǎn)生的劑量貢獻(xiàn)主要來(lái)自于煙羽照射途徑。煙羽照射途徑包括空氣浸沒(méi)外照射、地面沉積外照射、吸入內(nèi)照射劑量3種。各煙羽照射途徑如下［4］。

1）放射性煙云浸沒(méi)外照射

反應(yīng)堆發(fā)生核事故情況下，對(duì)周圍公眾產(chǎn)生的放射性煙云浸沒(méi)外照射包括γ和β照射的貢獻(xiàn)，事故時(shí)由于β浸沒(méi)外照射對(duì)有效劑量的貢獻(xiàn)極小，因此在此次分析中對(duì)β浸沒(méi)外照射的影響不予考慮。放射性煙云浸沒(méi)γ照射的計(jì)算公式為：

其中：DAre為事故發(fā)生后第e釋放時(shí)間段內(nèi)在r距離處的煙云浸沒(méi)劑量，Sv；Qne為事故發(fā)生后第e釋放時(shí)間段內(nèi)核素n的釋放活度，Bq；（X／Q）re為事故發(fā)生后第e釋放時(shí)間段內(nèi)在r距離處的事故大氣彌散因子，s／m3；DFEn為放射性核素n的空氣浸沒(méi)劑量轉(zhuǎn)換因子［6］，（Sv·m3）／（Bq·s）。

2）地面沉積外照射

發(fā)生核事故時(shí)，由地面沉積引起的外照射劑量貢獻(xiàn)為：

其中：DGre為事故發(fā)生后第e 釋放時(shí)間段內(nèi)在r 距離處由地面沉積的放射性核素在tr照射時(shí)間內(nèi)形成的劑量，Sv；（e）為事故發(fā)生后第e釋放時(shí)間段核素n 在r 距離處的干沉積因子，m-2（e）=（X／Q）reVd，Vd為核素的干沉積速度，對(duì)于氣溶膠為1.5×10-3m／s，對(duì)于有機(jī)碘為1.0×10-4m／s，對(duì)于元素碘為1.0×10-2m／s；DFGn為放射性核素n 的外照射劑量轉(zhuǎn)換因子［7］，（Sv·m3）／（Bq·s）；λ為核素n 的衰變常量，s-1；te為 第e 釋 放 時(shí) 間 段 的 起 始 時(shí) 間，s；Te為第e 釋放時(shí)間段釋放持續(xù)時(shí)間，s；tr為沉積劑量的評(píng)價(jià)時(shí)間，s。

3）吸入內(nèi)照射

發(fā)生核事故時(shí)，由吸入放射性物質(zhì)引起的內(nèi)照射如下式：

其中：DIre為事故發(fā)生后第e 釋放時(shí)間段內(nèi)在r距離處由于吸入煙云中放射性物質(zhì)產(chǎn)生劑量，Sv；BRe為成人在e時(shí)間段的呼吸率，m3／s，在此按照美國(guó)核管理委員會(huì)US RS RG 1.4中的建議值，取3.47×10-4m3／s；DFIn為放射性核素n吸入內(nèi)照射劑量轉(zhuǎn)換因子，（Sv·m3）／（Bq·s）。

4）個(gè)人有效劑量

事故期間位于某邊界處公眾個(gè)人可能受到的有效劑量當(dāng)量為上述3種途徑下的綜合。

1.4 甲狀腺劑量

反應(yīng)堆發(fā)生核事故時(shí)，碘防護(hù)干預(yù)水平是隱蔽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)和撤離應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的參考依據(jù)。因此，應(yīng)對(duì)其發(fā)生核事故時(shí)的甲狀腺劑量進(jìn)行估算，其估算模式［8］為：每單位攝入量的待積有效劑量當(dāng)量取1.4×10-8Sv／Bq；對(duì)于131I放射性核素，每單位攝入量對(duì)甲狀腺的待積有效劑量當(dāng)量取4.8×10-7Sv／Bq。

2 估算結(jié)果及煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分

2.1 煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分方法

煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分步驟一般為：首先估算事故狀態(tài)下不同照射途徑造成的預(yù)期個(gè)人劑量水平；然后分別評(píng)估不同的防護(hù)措施可能帶來(lái)的可避免劑量；最后根據(jù)可避免劑量水平與確定的干預(yù)水平值比較確定應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分。

對(duì)于某200MW 反應(yīng)堆核事故，因其堆功率小，偏安全考慮，假定由中破口初因引致的堆芯熔化事故對(duì)周圍公眾的預(yù)期有效劑量作為可避免劑量，并與確定的通用干預(yù)水平［9］比較來(lái)確定應(yīng)急計(jì)劃區(qū)范圍。

2.2 通用優(yōu)化干預(yù)水平

GB 18871—2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，執(zhí)行的通用優(yōu)化干預(yù)水平如下：

1）隱蔽的通用優(yōu)化干預(yù)水平

發(fā)生核事故后，事故2d內(nèi)的公眾個(gè)人可防止劑量為10 mSv。事故應(yīng)急的決策部門可建議在較短的時(shí)間內(nèi)、較低的干預(yù)水平條件下，對(duì)周圍公眾實(shí)施隱蔽防護(hù)措施，或?yàn)榉奖銢Q策者執(zhí)行下一步的防護(hù)措施（如撤離等），采取較低的隱蔽干預(yù)水平可能是合適的。

2）撤離的通用優(yōu)化干預(yù)水平

發(fā)生事故后，在不超過(guò)7d的時(shí)間內(nèi)，周圍公眾的個(gè)人可防止劑量為50mSv，在防護(hù)措施的實(shí)施迅速、條件滿足的情況下，事故應(yīng)急的決策部門可建議在較短期間內(nèi)、較低的干預(yù)水平下實(shí)施撤離防護(hù)措施。如果撤離存在有較大的困難，如公眾數(shù)量過(guò)多或運(yùn)輸能力有限等，可將撤離的干預(yù)水平適當(dāng)調(diào)高。

3）碘防護(hù)的通用優(yōu)化干預(yù)水平

發(fā)生核事故后，可防止的甲狀腺待積吸收劑量的通用優(yōu)化干預(yù)水平為100mSv。

2.3 應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分

1）個(gè)人有效劑量比對(duì)

圖1示出了發(fā)生中破口初因事故導(dǎo)致的堆芯熔化事故時(shí)，以事發(fā)廠址為中心，周圍13km范圍內(nèi)平均個(gè)人有效劑量和最大個(gè)人有效劑量與撤離干預(yù)水平和隱蔽干預(yù)水平的比較。

由圖1可知：發(fā)生嚴(yán)重的典型超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，在距廠址約500 m 處，對(duì)周圍公眾的最大個(gè)人有效劑量達(dá)到了撤離的干預(yù)水平；在距廠址約300m 處，對(duì)周圍公眾的平均個(gè)人有效劑量達(dá)到了撤離的干預(yù)水平；發(fā)生嚴(yán)重的典型超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，在距廠址約1 500m 處，對(duì)周圍公眾的最大個(gè)人有效劑量達(dá)到了隱蔽的干預(yù)水平；在距廠址約900m處，對(duì)周圍公眾的平均個(gè)人有效劑量達(dá)到了隱蔽的干預(yù)水平。

2）個(gè)人甲狀腺劑量比對(duì)

圖2示出了發(fā)生中破口初因事故導(dǎo)致的堆芯熔化事故時(shí)，以事發(fā)廠址為中心，周圍13km范圍內(nèi)平均個(gè)人甲狀腺劑量和最大個(gè)人甲狀腺劑量與碘防護(hù)干預(yù)水平的比對(duì)。

由圖2可看出：發(fā)生嚴(yán)重的典型超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，在距廠址約1 100m 處，對(duì)周圍公眾的平均個(gè)人甲狀腺劑量達(dá)到了碘防護(hù)的干預(yù)水平；發(fā)生嚴(yán)重的典型超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，在距廠址約700m 處，對(duì)周圍公眾的最大個(gè)人甲狀腺劑量達(dá)到了碘防護(hù)的干預(yù)水平。

由圖1、2分析可知：在以事發(fā)廠址為中心，半徑＜500m 時(shí)，由事故產(chǎn)生的公眾個(gè)人有效劑量超過(guò)了撤離的干預(yù)水平；在以事發(fā)港址為中心，半徑＜1 500m 范圍時(shí)，由事故產(chǎn)生的公眾個(gè)人有效劑量超過(guò)了隱蔽的干預(yù)水平；以事發(fā)港址為中心，半徑＜1 000m 范圍時(shí)，由事故產(chǎn)生的最大個(gè)人甲狀腺劑量超過(guò)碘防護(hù)的干預(yù)水平。

對(duì)于某200 MW 反應(yīng)堆應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分，還應(yīng)考慮事發(fā)廠址周圍的醫(yī)療、通訊、交通等因素。保守起見(jiàn)，建議設(shè)定以廠址為中心1km 范圍為撤離應(yīng)急計(jì)劃區(qū)（內(nèi)區(qū)）；以廠址為中心2km 范圍為隱蔽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)。在此范圍內(nèi)，發(fā)生最嚴(yán)重典型超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故——中破口初因?qū)е露研救刍鹿实淖畲髠€(gè)人有效劑量和最大甲狀腺劑量均不超過(guò)相應(yīng)的干預(yù)水平。

圖1 預(yù)期個(gè)人有效劑量與干預(yù)水平的比較Fig.1 Comparison of expected individual effective dose and intervention level

圖2 甲狀腺劑量與碘防護(hù)干預(yù)水平的比較Fig.2 Comparison of thyroid dose and iodine protection intervention level

3 結(jié)論

應(yīng)急計(jì)劃區(qū)需根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求科學(xué)地劃分。由于反應(yīng)堆功率、運(yùn)行模式、結(jié)構(gòu)以及廠址特點(diǎn)等方面存在的差異較大，煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分不能簡(jiǎn)單照搬既有標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)資料中提供的參考范圍，應(yīng)緊密結(jié)合反應(yīng)堆的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行確定。本文通過(guò)計(jì)算得到了某200 MW 反應(yīng)堆發(fā)生典型嚴(yán)重事故——中破口初因事故導(dǎo)致的堆芯熔化事故時(shí)周圍公眾的個(gè)人有效劑量和甲狀腺劑量，并據(jù)此確定了該反應(yīng)堆應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分范圍。該結(jié)果對(duì)于保障反應(yīng)堆運(yùn)行安全，以及核事故時(shí)及時(shí)采取合理有效的應(yīng)急措施意義重大，同時(shí)為反應(yīng)堆煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分提供了參考。

［1］ GB／T 17680.1—2008 核電廠應(yīng)急計(jì)劃與準(zhǔn)備準(zhǔn)則，第1部分：應(yīng)急計(jì)劃區(qū)的劃分［S］.北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2008.

［2］ 黃挺，曲靜原，李紅，等.AP1000 核電廠煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分初步研究［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，2011，45（12）：1 472-1 477.HUANG Ting，QU Jingyuan，LI Hong，et al.Preliminary study on plume emergency planning zone for AP1000［J］.Atomic Energy Science and Technology，2011，45（12）：1 472-1 477（in Chinese）.

［3］ 黃挺，曲靜原，童節(jié)娟，等.核電廠煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)劃分方法研究［J］.核動(dòng)力工程，2012，33（2）：127-131.HUANG Ting，QU Jingyuan，TONG Jiejuan，et al.Study on dividing method of plume emergency planning zone for nuclear power［J］.Nuclear Power Engneering，2012，33（2）：127-131（in Chinese）.

［4］ 陳迎鋒，王建龍.噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)機(jī)對(duì)輻射后果的影響［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，53（4）：442-446.CHEN Yingfeng，WANG Jianlong.Radiological consequences of the startup timing of containment spray system［J］.Journal of Tsinghua University：Science and Technology，2013，53（4）：442-446（in Chinese）.

［5］ 陳曉秋，李冰.小風(fēng)和靜風(fēng)條件下PAVAN 程序的應(yīng)用問(wèn)題［J］.輻射防護(hù)通訊，2008，28（4）：8-15.CHEN Xiaoqiu，LI Bing.Application issues of PAVAN code in low wind speed and calm condition［J］.Radiation Protection Bulletin，2008，28（4）：8-15（in Chinese）.

［6］ IAEA.International ionization radiological protection and radiological source safe basic standard，safety series No.115［R］.Vienna：IAEA，1997.

［7］ IAEA.Assessment of radiological consequences and evaluation of protective measures［R］.Vienna：IAEA，1991.

［8］ ICRP.Limits for intakes of radionuclides by workers，ICRP Publication 30Part 2［R］.Oxford：ICRP，1979.

［9］ GB 18871—2002 電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2002.